Warum empfiehlt das LTspice-Tutorial zur Stabilität von Operationsverstärkern eine Open-Loop-Analyse?

Ich habe eine Handanalyse an einer Verstärkerschaltung durchgeführt, der ich misstrauisch bin, und ich bin immer noch misstrauisch, also möchte ich meine Handanalyse mit LTspice validieren.

Ich habe dieses Tutorial online gefunden: http://www.linear.com/solutions/4449

Es empfiehlt sich, den "Open-Loop-Verstärkungs- und Phasengang" zu finden, um die Phasenreserve zu analysieren. Es diskreditiert die "Closed Loop Response" davon, die notwendigen Informationen zu haben, um die Verstärkerstabilität zu analysieren.

Ich kann meine genaue Schaltung nicht posten, aber das sollte keine Rolle spielen. Hier ist eine Beispielschaltung, die gemäß den Anweisungen des Tutorials modifiziert wurde:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mein vorheriges Verständnis war, dass die Open-Loop-Antwort eines Operationsverstärkers nur der Operationsverstärker selbst ohne Rückkopplungsschaltung war und dass die Closed-Loop-Antwort alle Informationen enthielt, die zur Analyse eines Verstärkers mit seiner Rückkopplungsschaltung erforderlich waren.

Kann jemand bitte erklären, wovon das LTspice-Tutorial spricht?

Danke

David - ein Kommentar zum referenzierten Online-Tutorial: In diesem Tutorial (am Anfang) wird erwähnt, dass eine AC-Analyse zeigen würde, dass die Schaltung in einem stabilen Modus arbeitet; die Stabilitätsspanne konnte jedoch nicht gefunden werden. Diese Aussage ist NICHT richtig! Führen Sie folgenden Test durch: Vertauschen Sie die Eingangsklemmen und verbinden Sie den Rückkopplungspfad mit dem nichtinvertierenden Eingangsknoten. Sie erhalten die gleiche Gain-Response wie zuvor. Das bedeutet: Wir wissen, dass die Schaltung NICHT stabil ist (und nicht funktionieren kann) - aber die AC-Analyse sagt uns, dass alles in Ordnung wäre. Nur eine TRAN-Analyse kann das Problem aufdecken.
um fortzufahren: Um Missverständnisse zu vermeiden – mein obiger Kommentar bezieht sich nur auf die Closed-Loop-Analysen. Daher: Eine Wechselstrom-Closed-Loop-Analyse kann nicht zeigen, ob die Schaltung stabil arbeitet. Eine mögliche Oszillation oder Sättigung kann nur mit einer Simulation im Zeitbereich aufgedeckt werden. Aber natürlich müssen die Schleifenverstärkungsanalysen im Frequenzbereich (Wechselstromanalysen) durchgeführt werden.

Antworten (2)

Ja - manchmal sind die Begriffe etwas irreführend. Im Allgemeinen haben wir drei verschiedene Verstärkungskonventionen für Rückkopplungsschaltungen:

  • Open-Loop-Verstärkung des Verstärkers (allein): Aol ,
  • Regelkreisverstärkung des Verstärkers mit Rückkopplung: Acl ,
  • Schleifenverstärkung Aloop , die die Verstärkung der gesamten Schleife ist (zu messen oder zu simulieren, nachdem die Schleife an einem geeigneten Punkt unterbrochen wurde). Daher ist die Schleifenverstärkung das Produkt
    A l Ö Ö P = ( − A Ö l ∗ β )
    mit Beta = Rückkopplungsfaktor
    Beachten Sie, dass diese Definition das invertierende Vorzeichen am Opamp-Eingang enthält.
  • Basierend auf diesen Konventionen ist die Closed-Loop-Verstärkung
    A C l = ( A Ö l ∗ a ) / ( 1 − A l Ö Ö P )
    mit alpha = Vorwärtsfaktor, falls vorhanden, sonst Eins

Beachten Sie, dass Stabilitätsspielräume (Phasenspielraum, Verstärkungsspielraum) nur für die Schleifenverstärkung Aloop definiert sind. Zur Ermittlung der Margins muss die Schleife an geeigneter Stelle (Opamp-Ausgang oder inv. Eingang) zur Einspeisung eines Testsignals geöffnet werden. Ich hoffe, das verdeutlicht etwas.

Zweck des folgenden Beispiels ist es, die Bedeutung (und das richtige Vorzeichen) des Begriffs "alpha" zu demonstrieren:

Beispiel :

(a) Nichtinvertierender Verstärker (R2=Rückkopplungswiderstand): alpha=1, beta=R1/(R1+R2);

(b) Umkehrverstärker: alpha=-R2/(R1+R2), beta=R1/(R1+R2).

Vielen Dank. Ich bin mit Loop Gain vertraut (in meinen Lehrbüchern als L bezeichnet). Ich habe nur nicht bemerkt, dass sich das Tutorial auf "Loop Gain" bezog, als es "Open Loop Gain" sagte.
@ zx485, danke für die Bearbeitung; aber - warum hast du die Beispiele entfernt? Stimmt etwas nicht? Ich bin überrascht, dass sich jemand anderes die Freiheit nimmt, einen Beitrag zu entfernen/zu kürzen.
Habe gerade mal in die Bearbeitungshistorie geschaut. Ich kann mich nicht erinnern, die Beispiele entfernt zu haben, und ich habe auch noch nie zuvor Beispiele entfernt. Muss ein Fehler gewesen sein, ich entschuldige mich dafür und bin froh, dass Sie es bemerkt und behoben haben. (Dieser Kommentar kann entfernt werden, wenn Sie meine Entschuldigung akzeptieren).
Entschuldigung - vielleicht ein Missverständnis. Wie Sie bemerkt haben, habe ich die Beispiele wieder eingefügt.

Die Stabilität des Systems mit geschlossenem Regelkreis kann durch Analysieren des Systems mit offenem Regelkreis gefunden werden.

Dies ist ein Ergebnis des Stabilitätskriteriums von Nyquist, das häufig in einer vereinfachten Form verwendet wird, bei der nur Phasenreserve und Verstärkungsreserve berücksichtigt werden.

Die Analyse des Open-Loop-Systems erfolgt durch Unterbrechung der Rückkopplungsschleife. Die Übertragungsfunktion des Operationsverstärkers und (!) die Übertragungsfunktion des Rückkopplungsnetzwerks werden berücksichtigt, da die Schleife nur geöffnet, aber kein Element entfernt wird.

Bei der Analyse der Schleifenverstärkung ist es wichtig, dies so zu tun, dass alle wichtigen Eigenschaften der ursprünglichen Schaltung erhalten bleiben. Das Öffnen des Stromkreises an einem beliebigen Punkt könnte die Belastung von einem entscheidenden Knoten entfernen und zu einer völlig anderen Reaktion führen.

Danke. Das Nyquist-Stabilitätskriterium geht mir etwas über den Kopf. Ich habe meine gesamte Stabilitätsanalyse mit Verstärkungs-/Phasenrand- und Bode-Diagrammen durchgeführt. Aber ich verstehe die Bedeutung der Schleifenverstärkung für die Stabilität.
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